铀矿床地下开采.pdf

1 第一章第一章 铀矿床开采概论铀矿床开采概论 第一节第一节 铀矿床基本知识铀矿床基本知识 一、铀元素一、铀元素 铀的化学符号为 U，原子量为 238.03。它的化学性质非常活泼，几乎能与所有的非 金属作用形成各种化合物和大量的天然矿物。在空气中，金属铀能迅速氧化，由银白色 变为金黄色，再变为黑色。铀衰变时放出α、β、γ射线，最终变成稳定的铅。 天然铀的同位素有铀-238、铀-235 和铀-234 三种，其中以铀-238 最多，含量占到 99.276；铀-235 占 0.718；铀-234 最少，仅占 0.0056。 二、铀矿物二、铀矿物 目前已经发现的铀矿物和含铀矿物有二百多种，但具有工业意义的只有二十多种。 原生的四价铀矿物为黑色，次生的六价铀矿物颜色鲜艳，过渡性的为棕黑色或红褐色。 常见的铀矿物主要有 1）晶质铀矿 呈黑色或黑褐色。主要产于伟晶岩及气成铀矿床中，也产于热液矿床 中。 2）非晶质铀矿（沥青铀矿） 呈沥青黑色。主要产于中低温热液矿床，它是铀矿床 中最具有工业价值的铀矿物，是原子能的主要矿物原料之一。 3） 钙铀云母 呈黄色、 浅黄色、 黄绿色。 产于热液铀矿床和伟晶岩铀矿床氧化带内， 特别是硫化物矿床氧化带上部最为发育。它是重要找矿标志之一。 4）铜铀云母呈翠绿到葱绿色。在热液铀矿床和沉积铀矿床氧化带中均有分布。 5） 硅钙铀矿 呈柠檬黄色、亮黄色、 褐黄色。产于铀矿床的氧化带内，与钙铀云母、 铜铀云母等共生。 6） 铀黑 按其生成条件等分为再生铀黑和残余铀黑。 再生铀黑是原生铀矿物分解出 的 UO2 2＋络合阳离子随地下水迁移，遇还原条件沉积形成的；残余铀黑是原生铀矿物在原 地氧化而成的。 一般存在于晶质铀矿和非晶质铀矿表面， 有时还保留原生铀矿物的假象， 呈黑色或黑灰绿色。产于氧化带下部，再生铀矿床的还原带中。可以同原生铀矿物一起 开采利用。 铀矿物的垂直分布，从地表到地下，一般依次为钙铀云母、铜铀云母及铀的硫酸盐 类矿物，再下则为原生铀矿物。 三、铀矿床成因类型三、铀矿床成因类型 铀矿床主要有内生铀矿床、外生铀矿床和变质铀矿床三种成因类型。 1、内生铀矿床、内生铀矿床 是在岩浆结晶后期及气水热液阶段形成的矿床。它包括岩浆铀矿床（常见的是点 状矿化，至今未发现有工业价值的矿床） 、伟晶岩铀矿床（一般工业价值不大）和热液铀 矿床。热液铀矿床又可分为高温（400～300℃） 、中温（300～200℃） 、低温（200～50 ℃）热液矿床。我国花岗岩区铀矿床有高温铀钍-铌钽-稀土型铀矿床和中低温热液型铀 矿床两种类型。后一种类型是主要的工业矿床。中低温热液型铀矿床又可进一步分为两 类一类在空间上与花岗岩关系密切，简称花岗岩型铀矿床；另一类与酸性火成岩及超 浅成的次火成岩的侵入体关系密切，简称火成岩型铀矿床。 2 外生铀矿床外生铀矿床 是原生铀矿或含铀岩石在外力作用下，遭受破坏和迁移，在适当的地质环境下沉积 富集形成的矿床。它又分为残积铀矿床、淋积铀矿床和沉积铀矿床三种。 2 1）残积铀矿床 指含铀岩石在风化作用过程中，其它元素被迁移，而铀在原地相对 富集形成的矿床。 2） 淋积铀矿床 原生铀矿和含水量铀岩石在外力作用下， 铀元素形成可溶性的铀酰 络合物，沿岩石裂隙向下渗透到一定深度，在还原环境和有利的地质构造与岩石中沉积 富集形成的矿床。 3）沉积铀矿床 外力作用下被水搬运的铀元素，在河流、湖沼、海中沉积形成的铀 矿床。 3、变质铀矿床、变质铀矿床 是指原来的含铀岩体或岩层在变质作用下，铀元素再度迁移富集形成的铀矿床。目 前我国具有工业价值的是沉积铀矿床经变质后更富集的沉积变质矿床。 在我国，与花岗岩和酸性火成岩有关的热液铀矿床占全国总储量的一半；其次是沉 积铀矿床、沉积变质铀矿床和残积、淋积铀矿床。 四、矿床的基本概念四、矿床的基本概念 1）矿石 凡是地壳内的矿物集合体，在现代技术经济水平条件下，能以工业规模从 中提取国民经济所必需的金属或矿物产品的， 称做矿石。 铀矿物的集合体就称为铀矿石。 2）矿体 是指矿物的聚集体。 3）矿床 是指一定的区域范围内，在特殊的地质条件下所形成的、具有一定规模的 矿体的总称。它可由一条或若干条矿体组成。在现有技术经济条件下，符合开采和利用 要求的矿床称为工业矿床。矿床可分为金属矿床和非金属矿床两大类，铀矿床属金属矿 床一类。 4）围岩 在矿体周围的岩石称做围岩。 5）废石 是指在采矿过程中，带入矿石中的围岩以及夹在矿体中的岩石（称夹石） 。 五、矿石和围岩的一般性质五、矿石和围岩的一般性质 矿石和围岩的性质中，对矿床开采影响较大的主要有坚固性、稳固性、结块性、 含水性和碎胀性等。 1、坚固性、坚固性 坚固性是指矿岩抵抗锹、镐、机械破碎和炸药爆炸等外力作用的性能。坚固性的大 小常用坚固性系数 f 表示。它反映矿岩的极限抗压强度。即 fR/100 式中 R矿岩的极限抗压强度，公斤/厘米 2。 2、稳固性、稳固性 稳固性是指矿岩在空间允许暴露面积的大小和暴露时间长短的性能。它与矿岩的结 构、构造、节理状况、风化程度以及水文地质条件等有关，还与开采过程所形成的空间 实际状况（如巷道、硐室及采场空区的空间大小与形状，开采深度等）有关。一般在矿 岩中节理越发育、构造越破碎的地带，其稳固性就越差。 矿岩的稳固性与矿岩的坚固性是两个不同的的概念。简单的说，矿岩的坚固性是 矿岩本身所固有的一种性能，而矿岩的稳固性则是矿岩因被开挖形成空间后，暴露在空 间的矿岩维持其原状态的一种性能。所以，二者不能混同起来。 矿岩的稳固程度可分为以下五种情况 1）极不稳定的 是指掘进巷道或开辟采场时，不允许有暴露面积，否则可能产生片 片帮或冒落的现象。 2）不稳固的 在这类矿石或岩石中，允许有较小的不支护的暴露空间，一般允许的 暴露面积在 50m 2以内。 3）中等稳固的 是指不支护的暴露面积为 50～200m 2。 4）稳固的 允许不支护的暴露面积为 200～800m 2。 3 5）极稳固的 不需支护的暴露面积在 800 m 2以上。 3、结块性、结块性 是指采下的矿石，在遇水和受压并经过一段时间后，又粘结成整块的性质。造成矿 石结块的因素一般有 1）矿石中含有粘土质物质，受湿及受压后粘结在一起； 2）矿石中含有硫化物物质，在遇水后，由于矿石表面氧化，形成硫酸盐薄膜，受压 后粘结在一起。 在生产过程中，由于矿石的结块性往往会导致采下的矿石粘结在一起无法放出来， 更甚者会影响到某些采矿方法的顺利使用。另外，矿车长时间不清理，也往往会导致残 留矿粉逐渐板结增厚而影响矿车装矿效果。 4、含水性、含水性 含水性是指矿岩吸收和保持水分的性能。矿岩的含水性随矿岩的孔隙度和节理而变 化。它对放矿、运输及矿仓贮存等均有很大的影响。 5．碎胀性．碎胀性 矿岩在破碎后，碎块之间有较大的空隙，其体积比原矿岩体积要增大，矿岩的这种 性质称为碎胀性。通常用松散系数来表示矿岩的这种碎胀性。 松散系数为矿岩被破碎后的体积与原矿岩体积之比，其大小主要取决于矿岩破碎后 的粒度组成和块度的形状。 第二节第二节 铀矿床地下开采基本知识铀矿床地下开采基本知识 铀矿床地下开采与其它金属矿床地下开采的原理和方式方法是相同的。均要达到形 成进入地下开采的各种条件，采下矿石并运出来的目的。 一、矿田与井田一、矿田与井田 划归一个矿山企业开采的全部矿床或其 中一部分矿床，称为矿田，在一个矿山企业中 划归一个矿井（坑口）开采的全部矿床或其中 一部分矿床称为井田。 井田是基本开采单位， 它具有独立的开拓系 统和地表工业场地。矿田则有时与井田相等， 有时包括数个井田（图 11） 当矿床的范围 不大而又比较集中时，为了便于生产管 理一般用一个井田开采；当矿床范围很 大而又比较分散时，如用一个井田开采 全部矿床,则所掘进的井巷工程量大,生 产点过于分散，因而会造成经济上的不 合理。此时，一般应划分为几个井田开 采。 二、阶段与矿块二、阶段与矿块 1．阶段与阶段高度．阶段与阶段高度 图图 1- 2 阶段和矿块的划分阶段和矿块的划分 Ⅰ已采完阶段；Ⅱ正在回采阶段；Ⅲ开拓、采 准阶段；Ⅳ开拓阶段；H矿体垂直埋藏深度；h 阶段高度；L矿体走向长度；1主井；2石门；3 天井；4副井；5阶段运输平巷；6矿块 4 阶段，俗称中段。它是指在井田的竖直方向上，按一定的间距掘进一条或几条与矿 床走向一致的阶段运输平巷后将井田所化分的竖向矿段（图 12） 。上下相邻的两个阶 段运输平巷之间的垂直距离，叫阶段高度。所以，一个阶段的范围，在竖向上以上下两 个阶段运输平巷为界；在走向上以井田边界为界。 铀矿山的阶段高度，倾斜和急倾斜矿床一般为 40～60 米，缓倾斜矿床一般为 15～ 30 米。 2．矿块．矿块 矿块，它是指沿阶段走向将矿体按一定的间距掘进天井（或上山）后而将矿体所分 成的块段。矿块是回采的基本单元，回采时称作采场。所以，一个矿块的范围，在竖向 上以上下两个阶段平巷为界，在走向上以采场天井（上山）为界，长度一般在 10 余米至 50～60 米之间。 三、盘区和采区三、盘区和采区（图 13） 1．． 盘区盘区 在开采水平和微倾斜矿体时，如果矿床的 厚度不超过允许的阶段高度，则在井田内不再 划分阶段。此时，为了采矿工作方便，将井田 用盘区运输巷道划分为长方形的矿段，此矿段 称为盘区。盘区的范围是以井田的边界为其长 度，以两个相邻盘区运输巷道之间的距离为其 宽度。 2．采区．采区 在盘区中沿走向每隔一定距离，掘进采区 巷道连通相邻两个盘区运输巷道，将盘区再划 分为独立的回采单元，这个单元称为采区 四、矿床的开采顺序四、矿床的开采顺序 1．阶段开采顺序．阶段开采顺序 在生产实践中，一般多采用下向方式开采，即先采上部阶段，后采下部阶段，由上 而下逐个阶段开采。也可以同时开采几个阶段，但数目不宜过多，一般为 2～3 个。 2．矿块（采区）开采顺序．矿块（采区）开采顺序 同一阶段内各矿块（采区）有前进式、后退式、混合式三种回采顺序。 1）前进式回采 是从靠近主平硐或主井的矿块开始向井田边界方向的矿块（采区） 进行回采。其优点是矿井基建时间短，采区投产快；缺点是增加了采准巷道的维护费用。 2）后退式回采 是从井田边界矿块开始向主要开拓巷道方向进行回采。其优缺点与 前进式回采基本相反。 3）混合式回采 即同时按前进式与后退式联合进行 回采。 在生产实践中，只有当矿床埋藏条件简单，矿岩稳 固，要求尽快投产时，采用前进式开采顺序才比较合理； 否则以后退式为好。混合式回采可以形成较长的回采工 作线，获得较多的采矿量，从而缩短阶段回采时间，这 种方式在生产中被广泛采用。 3．相邻矿体的开采顺序．相邻矿体的开采顺序 当开采彼此相距很近的矿体时，一般是先采上盘矿体，后采下盘矿体（图 14） ， 有时也可同时开采。 一般一个井田内都有数条贫富不等、厚薄不均、大小不一的矿体，应注意贯彻贫富 图图 1- 4 相邻矿体的开采顺序相邻矿体的开采顺序 5 兼采、厚薄兼采、大小兼采的“三兼采”原则。 五、矿床开采步骤五、矿床开采步骤 矿床开采可分为开拓、采准、切割和回采四个步骤。这四个步骤反映了矿床开采过 程的不同工作阶段，它们是在矿床范围内不同的地点同时进行的。为保证持续的正常生 产，这四个步骤在工程布置与施工的先后秩序上应遵从开拓超前于采准、采准超前于切 割、切割超前于回采的原则。开拓、采准、切割工程量的投入应满足其所圈定可供生产 的三级矿量（开拓矿量、采准矿量、备采矿量）符合我国现行规定的有色金属矿山三级 储量保有期限（3 年、1 年、6 个月）要求。工程投入量过大，会造成资金积压，并且使 得井巷维护费用增加；工程投入量过小，则会影响到矿山生产的连续性。 1．矿床开拓．矿床开拓 矿床赋存于地壳之中，为达到对其开采利用目的，需从地表向地下开掘一系列井巷 通达矿床，以便人员出入和把采掘机械设备、设施、生产材料以及风、水、电管线等运 送到地下，并把采下的矿石运至地表。那么，使地表与矿床之间所形成的一条完整的运 输、通风、排水、动力供应等的井巷空间布置体系，称为矿床的开拓系统。为建立矿床 开拓系统所进行的井巷开掘工作，称为矿床开拓。为形成矿床开拓系统所掘进的井巷则 统称为开拓巷道。 2．采准．采准 采准，是指为采矿生产形成准备条件。即在已开拓完毕的矿床里，掘进井巷工程将 阶段内的各条矿体划分成可作为独立回采单元的矿块，并形成行人、运输、通风、放矿 等条件。这类井巷工程统称为采准巷道。 3．切割工作．切割工作 切割工作是指在已完成采准的矿块里，进行拉底或切割槽为回采时的凿岩与爆破落 矿提供一定的起始空间。 4．回采工作．回采工作 回采工作是指在已完成切割工作的矿块里进行大量采矿的工作。 回采工作包括落矿、 矿石运搬和地压管理三项主要工作 1）落矿 即在切割工作形成的空间里，采用凿岩设备，按照采矿方法所选定爆破落 矿方式进行凿岩爆破。 2）矿石运搬 是指将在矿块内采下的矿石，运搬到阶段运输平巷，并装入矿车中。 在铀矿床地下开采中，采用的矿石运搬方法有二种，即重力运搬与机械运搬。这二种运 搬方法有时采用一种，有时二种联合使用。这要根据矿体的赋存条件、所选用的采矿方 法和运搬机械来确定。 3）地压管理 矿石采出后形成采空区，其围岩经过一定的时间后会发生变形、移动 等地压现象，最后导致采空区围岩塌落的结果。这种结果可能对邻近矿体的开采或上阶 段生产系统产生不良的影响，严重者将使得该区域生产中断。所以，必须采取有效措施 控制这种结果的发生。 地压管理是指对矿石采出后所形成的采空区，采取有效的手段和方法进行处理，以 控制地压和管理地压，消除其所产生的不良影响。 六、矿石损失与贫化概念六、矿石损失与贫化概念 1、矿石损失、矿石损失 矿石损失是指在矿床开采过程中，由于某些原因造成一部分工业储量不能采出或采 下的矿石不能完全运至地表而损失在地下。 造成矿石损失的原因是多方面的，归纳起来主要有以下两方面 1）地质因素 因地质破坏或矿床产状复杂，在开采时不能采出； 2）开采技术因素 落矿不完全，放矿时残留在下盘岩石上，放矿时混入废石过多， 6 品位过低，已无工业价值，留下矿柱不能采出等。 采出的纯矿石量和矿床工业储量之间的差值，称矿石绝对损失量。矿石的绝对损失 量与储量之比，称作矿石损失率，以百分数表示。 2、矿石贫化、矿石贫化 采出矿石的品位比原矿石的品位降低了就称作矿石贫化。造成矿石贫化的原因有以 下两方面 1）矿石中混入了废石 是在落矿过程中，因对矿体的边界控制不好而带入了围岩， 另外还有矿体中的夹石未剔出和在覆盖岩石下放矿。这些是导致矿石贫化的主要原因。 2）高品位的富矿粉流失导致矿石品位降低 凡因混入废石量和高品位富矿粉流失而造成的矿石品位降低的百分率， 称为贫化率。 3、降低矿石损失与贫化的措施、降低矿石损失与贫化的措施 为了充分利用地下资源，减少因矿石损失与贫化所引起的经济损失，提高矿产原料 的数量和质量，应针对产生矿石损失与贫化的原因，采取有效措施。 1）加强铀矿山的地质和物探工作，及时地为采矿设计和生产提供可靠的地质资料， 以便正确地确定采掘范围，减少废石的混入量和矿石的损失量。 2）选择合理的开拓方法，尽可能地避免留保安矿柱。 3）选择合理的开采顺序，及时回收矿柱和处理采空区。 4）选择合理的采矿方法及其结构参数，改进采矿工艺，以减少回采的损失与贫化。 第三节第三节 铀矿山地质工作铀矿山地质工作 矿山地质工作是在野外地质勘探工作的基础上，结合矿山生产而进行的地质工作。 它贯穿于从矿山开拓、生产直至矿山结束的全过程。因而矿山地质工作对矿山生产有着 保证、指导和监督三大作用。铀矿山地质工作，还必须与放射性物探工作紧密配合来完 成。 矿山地质工作主要有补充地质勘探、生产探矿和回采中的地质工作三方面的工作内 容。 一、补充地质勘探一、补充地质勘探 补充地质勘探（简称补探）是在野外地质勘探的基础上，为进一步查明矿体的分布 情况提高储量级别，为生产探矿提供依据所进行的勘探工作。 补探工程分为二类，一类是地表的加密钻探工程，一般用于埋藏较浅的矿床；另一 类为坑探和坑内钻探，用于埋藏较深的矿床。 二二 、生产探矿、生产探矿 生产探矿是在已完成开拓的范围内，对矿床矿体所进行的探矿工作。其目的是用来 查明矿体的可采价值、地质矿量、大小、产状、品位分布以及地质构造特征与矿体间的 相互关系等。为采矿生产提供准确的地质资料和依据。 生产探矿的方法有坑道探矿和坑探与坑内钻探联合探矿两种。在勘探工程布置上应 遵从以下基本原则 1 探采结合，探矿先行，并且探矿工程布置能为采矿生产所利用； 2 先近后远、由浅及深、由稀到密； 3 抓住重点，兼顾一般，在探主要矿体的同时，兼顾对小矿体、贫矿体和盲矿体的 勘探； 4 探矿网度布局合理，以求以最少的工程量达到最大的探矿效果。 1．坑探．坑探 7 坑探是生产探矿的主要手段，对于倾斜和急倾斜矿体，其工程主要有穿脉、沿脉、 天井和付穿、付中等。 1） 穿脉 是指从阶段运输主巷按一定的勘探间距向主巷两侧所掘进的平巷工程。 它 所起的作用是通过它穿到矿体来确定矿体的存在位置。 2）沿脉 是指对穿脉所见的矿体，沿着矿体的走向所掘进的平巷工程。它所起的作 用是探明矿体在阶段水平沿走向的长度及其地质条件。并能为采矿生产所利用，作为一 条行人、通风、出矿和风、水、电输送等的通道。 3）天井 是指在沿脉内按一定的勘探间距，沿矿体的倾向（即倾斜方向）对矿体所 掘的竖向探矿巷道。它所起的作用是探明矿体在竖向的高度及地质条件。并能为采矿生 产所利用，作为行人、通风、下充填料（当采用充填法时）等的通道。 4） 付穿 是指在天井一定的高度位置， 沿着与矿体走向垂直的方向所掘的水平小断 面巷道。它所起的作用是，查探是否存在相邻的平行盲矿体或上阶段下延的平行矿体， 为避免损失，合理回收相邻矿体提供采矿方法设计的依据。 5）付中 是指在天井一定的高度位置，沿着矿体走向所掘进的水平小断面巷道。它 所起的作用是，当矿体赋存条件复杂，变化较大时，通过付中在矿块内可进一步查探矿 体沿走向的变化情况，以提高对矿体探矿的准确程度。为合理回收矿体，避免损失提供 较为准确的地质资料。 对于缓倾斜矿体，由于矿体的倾角比较小（一般小于 30） ，其沿矿体倾向的探矿 工程，一般称作上山。其它探矿工程的性质与作用均与倾斜矿体的相同。 沿脉和天井（或上山）工程将矿体分割成了一个个独立的矿块，这些矿块即为回采 的独立单元。 2．坑探和坑内钻探联合探矿．坑探和坑内钻探联合探矿 坑探工程所获得的矿体地质资料可靠性大，但其探矿成本高，特别是对盲矿体、按 设计施工的坑探工程末揭露的小矿体、以及矿体尾部延伸情况等类矿体的探矿。坑、钻 联合探矿方式可充分利用坑内钻探相对探矿成本低、机动灵活的特点，在对这类矿体的 探矿过程中能发挥积极的作用。先行通过坑内钻探工程获得矿体的第一手地质资料以指 导坑探工程的合理布置，从而避免了坑探工程布置上的不确定性和盲目性，并减少了因 此所带来的探矿工程的浪费。 三、三、 回采过程中的地质工作回采过程中的地质工作 在回采过程中，铀矿山地质工作主要包括以下内容 1．进行采场编录，准确地圈定矿体和围岩边界，指导上采和横采找边工作，降低贫 化和损失。 2．配合物探人员做好采场的围壁探矿工作，以保证对矿体的探清采尽。 3．对采场周围勘探工程的空白地段进行深孔探矿，探寻采场周围的盲矿体，以补充 生产探矿的不足。 第四节第四节 铀矿山物探工作铀矿山物探工作 铀矿山的放射性物探工作就是应用探测放射性的仪器测量射线，并根据测得的射线 强度迅速地发现铀矿石、圈定铀矿体、确定铀矿石的品位、区分矿石与废石，以保证、 指导和监督矿山生产。所以，放射性物探工作是铀矿山采矿工艺过程中不可缺少的重要 环节。 铀矿山物探工作主要包括以下几项内容。 一、辐射编录和取样一、辐射编录和取样 8 是在井巷、采场等工程中对所揭露的矿岩表面按一定的方格网测量铀矿体所放出的 γ射线的强度来确定矿体厚度、品位，并圈定矿体，以指导各探采工程的进行。 二、指导采场施工二、指导采场施工 在采场回采过程中，物探将要做好以下指导和保障工作 1）采场回采分层的矿体编录； 2）检查回采工作面矿化情况，准确圈定矿体边界指导落矿； 3）对落下的矿石堆进行放射性检查和围壁检查，指导采场矿石运搬和回采找边，以 确保探清采尽。 三、出窿矿石检查三、出窿矿石检查 由于（1）矿体的分枝复合现象、连续性好坏原因使得矿体中间含有夹石； （2）回采 过程中带入矿石中的围岩废石； （3）沿脉、天井等井巷工程的宽度大于矿体的厚度而混 入的围岩废石等原因，使得出窿的矿石中往往混有废石。因此，井口必须设立矿石检查 站，对每车出窿的矿石进行物探检查，将混入的废石分流至废石场（仓） 。 四、放射性选矿四、放射性选矿 利用辐射仪测定单个矿块的γ强度，将混入采出矿石内的废石挑剔出来，以提高矿 石的品位。 9 第二章第二章 矿床开拓方法矿床开拓方法 第一节第一节 开拓方法的分类开拓方法的分类 根据主要开拓巷道的类别和它与矿床的相对位置，开拓方法可分为两大类即单一 开拓法和联合开拓法。 一、单一开拓法一、单一开拓法 凡是只用一种主要开拓巷道开拓 矿床的就叫单一开拓法。按照主要开 拓巷道的类型分，有平硐开拓法、斜 井开拓法和竖井开拓法三种（图 21） 。 1、平硐开拓法、平硐开拓法 平硐开拓法是当矿床矿体（或其 大部分）赋存在地平面以上时而广泛 采用的一种方法（图 21a） 2、斜井开拓法、斜井开拓法 当矿床赋存在地平面以下，且矿体倾角不大（一般在 45以内） ，埋藏又不深时而 采用的一种矿床开拓方法（图 21 b） 。 3、竖井开拓法、竖井开拓法 当矿床矿体赋存在地平面以 下，而且纵向延深较深时常采用竖 井开拓法（图 21 c） 。 二、联合开拓法二、联合开拓法 矿床上部用一种主要开拓巷道 而其下部用另一种主要开拓巷道进 行开拓的方法,称联合开拓法。主要 开拓巷道的组合类型因地形和矿体 的赋存条件而异,如平硐与盲竖井联 合开拓法（图 22a） 、斜井与盲竖 井联合开拓法（图 22b） 、竖井与盲竖井联合开拓法（图 22c）等。 第二节第二节 开拓巷道及井底车场与硐室开拓巷道及井底车场与硐室 一、开拓巷道一、开拓巷道 开拓巷道按其在矿床开采中所起的作用可分为二类，即主要开拓巷道与辅助开拓巷 道。与地表有直接通口的运输提升巷道均为主要开拓巷道，如平硐、竖井、斜井。它们 是区分开拓方法的主要标志。另外，作为提升矿岩的盲竖井、盲斜井，虽然与地表无直 接通口，但它们与竖井、斜井一样也起主要开拓作用，故也称主要开拓巷道。而其它开 拓巷道，它们在矿床开采时只起辅助作用，故称为辅助开拓巷道，如通风井、充填井、 专用安全出口等。 二、井底车场与硐室二、井底车场与硐室 图 2- 1 单一开拓法 （a）平硐开拓法； （b）斜井开拓法； （c）竖井开拓法 图图 2- 2 联合开拓法联合开拓法 （a）平硐与盲竖井联合开拓； （b）斜井与盲竖 井联合开拓； （c）竖井与盲竖井联合开拓 10 井底车场与井筒附近设置的各类硐室（如水泵房、水仓、井下变电站等）也是开拓 工程中的一部分。 1、井底车场、井底车场 井底车场是在井筒马头门与石门之间用于存放和调度阶段空重矿车的一段巷道。所 以，各阶段均要设置井底车场，它是阶段行人、下放空车提升重车，以及下放材料和设 备的必经之地。 井底车场主要由重车道、空车道、绕车道以及信号房等巷道和硐室组成。 根据调车方式，井底车场主要有尽头式（图 23a）和折返式（图 23b）两种布置 形式。尽头式用于罐笼提升，折返式用于箕斗提升。 2．硐室．硐室 水泵房和水仓 一般设在最下一 个阶段的井筒附近。 水泵房有两个通 道口， 一个与井底车场相通， 用于行 人与设备运入；另一个是排水管通 道， 与井筒相通。 硐室规格一般根据 水泵的数目与外形尺寸以及管路架 设位置来确定。 底板标高应高于通道 口巷道轨面标高 0.5 米。 为不影响生产的进行， 水仓一般 设主、 副水仓两个， 当一个水仓清理 时， 另一个水仓可照常作用。 水仓容 积根据井下涌水量确定。 （2）变电站硐室一般与水泵 房相连。如变电站硐室长度大于 10 米时，应设两个出口，一个与水泵房相连（其间应设 防火门） ，另一个与井底车场相通。 （3）井下炸药库井下一般设置炸药分库，库房一般为硐室式，其规格根据存放炸 药和雷管的数量而定。井下炸药库最大贮存量不得超过三昼夜的炸药需要量和十昼夜的 雷管需要量。每个硐室炸药贮存量不得超过 2 吨。 （4）凿岩机修理室可采用巷道或硐室形式，其规格一般根据修理工作台、装配 台、凿岩机保管架等尺寸来定。 11 第三章第三章 铀矿床矿体回采的主要工艺过程铀矿床矿体回采的主要工艺过程 铀矿床开采时，矿体回采的主要工艺过程是放射性物探工作（见第一章第四节） 、落 矿、矿石运搬和地压管理。放射性物探工作是铀矿床开采区别于其它金属矿床开采的一 项工作。 第一节第一节 落落 矿矿 落矿是指采用凿岩爆破的方式将采场上圈定的矿体从围岩中分离出来成为矿石的过 程。在铀矿床开采中，有浅孔落矿和中深孔落矿两种落矿方法。由于我国铀矿床矿体赋 存条件复杂且产状变化大，开采要求矿石的损失贪化小，块度合格率高，所以，一般多 采用浅孔落矿。通常把孔深小于 5m，孔径为 32～46mm 的爆破孔划为浅孔。 开采缓倾斜矿体，当矿体厚度小于 3m 时，采用单层一次性回采落下（图 31a） ； 当矿体厚度大于 3 m 时，则需分层回采落下，分层方式有下向梯段和上向梯段两种工作 面（图 31b、c） 开采急倾斜矿体时，可采用下向分层回采落矿（图 3-1 d） ，即自上而下分层落矿； 也可采用上向分层回采落矿（图 3-1 e） ，即自下而上分层落矿。前者一般多用水平炮孔 落矿，后者可用水平炮孔或上向垂直炮孔落矿。水平炮孔落矿，爆破后工作面顶板较平 整，安全性相对较好。但同时爆破的炮孔数量受到限制。上向垂直炮孔落矿，凿岩工作 线长，同时爆破的炮孔数量多，落矿量较大。但工作面顶板不平整，易产生浮石。 水平或微倾斜炮孔，一般使用气腿式凿岩机，如 YT-30、7655 等；上向垂直炮孔用 伸缩式凿岩机，如 YSP-45、01-45 等。 浅孔落矿评价。这种落矿方法适用于厚度在 5～8m 以下的不规则矿体，易于作业时 控制，减少围岩的采出，降低矿石的贫化。并且，矿石的破碎好，产出的大块少。但其 图图 3- 1 浅孔落矿方式示意图浅孔落矿方式示意图 a单层回采水平炮孔 （纵剖面图） ； b、 c下向梯段和上向梯段工作面 （横 剖面图） ；d下向分层回采（平面图） ；e上向分层回采（纵剖面图） 12 材料消耗与劳动消耗均较大，设备台班落矿效率低等。 第二节第二节 矿石运搬矿石运搬 在铀矿床开采中，一般采用重力运搬和机械运搬两种，而水力运搬对于铀矿床开采 来说是禁止使用的，它会导致铀矿粉流失而损失。 矿石的运搬方法与所采用的采矿方法密切相关，一 搬是在采矿方法选择的同时确定。 1、重力运搬、重力运搬 重力运搬是利用矿石的自重自行下溜进行运搬 的。因此，这种运搬方式适用于开采倾角大于 50 的急倾斜薄矿体。留矿采矿法、充填采矿法等均是 采用这种矿石运搬方式的。落下的矿石沿采场（充 填法是沿顺路井放矿格）靠自重溜向矿块底部，经 放矿漏斗或闸门装入矿车（图 32） 。 2、机械运搬、机械运搬 在铀矿开采中使用最广泛的是电耙。它具有结构简单、设备费用少、移动灵便、易 于维修等优点。缺点是钢绳磨损较大，矿房边缘、死角部位的矿石难以耙尽，耙运距离 大时其耙矿效率下降等。 电耙运搬的使用条件 （1）运搬距离一般为 10～60m； （2）耙矿工作一般沿水平进行，也 可沿缓倾斜（30以下）的平面下向耙 矿； （3）电耙耙运范围的空间高度一般 不小于 1.5～1.8 m。 在地下开采中，电耙运搬多用于采 场。回采缓倾斜矿体时，多沿采场底板 耙运直接装车或耙运至溜井中（图 33） ；回采急倾斜矿体时，可设置专门 的耙矿巷道，与采场斗颈相连通。将自 重溜入巷道的矿石耙至溜井中或经装车 平台直接耙入矿车中（图 34） 图图32 普通漏斗放矿普通漏斗放矿 图图 3- 4 急倾斜矿体电耙运搬急倾斜矿体电耙运搬 a电耙运搬直接装车；b电耙运搬至溜井后装车 13 第三节第三节 采场地压管理采场地压管理 未开挖的岩体或不受开挖影响的岩体部分，称为原岩体。原岩体中的岩石在上面覆 盖的岩层重量以及其它力的作用下，处于一种应力平衡状态。当岩体被开挖后，破坏了 原岩的应力平衡状态，使岩体中的应力重新分布，产生了次生应力场。会导致因开挖所 形成巷道或采场的空区围岩发生变形、移动和破坏。这种使围岩变形、移动和破坏的力， 称作地压。 为保证采场的正常回采，而采取的减少或避免地压危害的措施，这种工作就是采场 地压管理。 采场地压管理的方法有以下几种 一、留必要的支撑矿柱，以保持采场的稳定性一、留必要的支撑矿柱，以保持采场的稳定性 如房柱采矿法、全面采矿法均是利用留矿柱支撑采空区来保持和增强采场顶板围岩 稳固性的。有的矿山还利用废石砌筑废石柱以支撑空区也收到了较好的效果。它对减少 矿石损失，特别是对于铀矿床的开采，具有积极的意义。 二、支护二、支护 当矿体或围岩不够稳固时，在回采过程中，可利用横撑支柱或立柱、木垛、锚杆和 混凝土等支护形式来维护空区表面岩体的稳定性。 1、木才支护、木才支护 木材支护主要有横撑支柱、立柱和木垛。 图图35 横撑支柱横撑支柱 图图36 立柱立柱 1垫板；2横撑支柱 a带帽立柱；b立柱加背板 开采急倾斜薄矿体（厚度小于 2～3 米）时，用横撑支柱支护两帮围岩，并在其上架 设木板或圆木，做为凿岩 爆破的工作台（图 35） 。 由于坑木消耗量大，且支 柱的作用主要是为架设工 作台，开采这类矿体时， 目前我国多用留矿法代替。 开采缓倾斜矿体时， 可用立柱支护不稳固的顶 板，采幅高度一般不大于 2.5～3 米。根据顶板稳固 程度，可采用带帽立柱或 立柱加背板（图 36） 。 木垛（图 37）是用 图图 37 木垛木垛 于厚度不大而地压较大时 a一排内 2 根圆木；b一排内 3 根圆木；c密实铺设圆木；d三角形木垛 14 的缓倾斜矿体的开采。常用木料长度为 1.5～2.5 米， 直径 120～200 毫米。水平矿体所 用的木垛中木料最小长度不得小于高度的 1/4，以保证木垛的稳定性。 木支护由于消耗木材较大，大多被其它的支护材料和形式代替。目前，仅用在局部 性支护上。 2 锚杆支护锚杆支护 锚杆有点锚固型和全长锚固型两种。 点锚固型锚杆，有楔缝式、涨壳式和倒楔式等。在工作之初，先要拧紧螺帽，使其 受到预加拉力，因此，也称为预应力锚杆。全长型锚杆，荷载沿锚杆全长作用，属无预 应力型。全长型锚杆较点式型锚杆具有锚固力大、变形小、适应范围广等优点，特别是 在松软岩层中应用，效果较好。 锚杆支护区别于木材支护的主要特点是锚杆与围岩结合为一个整体，共同作用， 因此，也有将这种支护称为主动支护。 通过科学试验和生产实践证明，锚杆具有以下几种力学作用 1）悬吊作用在块状结构或碎裂的岩层中，锚杆将不稳固的岩块或岩层，悬吊在松 动区以外的稳固的岩层上，阻止岩块或岩层塌落（图 38 a） 。 2 组合作用在层状结构的岩层中，锚杆如同联结螺栓，将薄层组合成厚梁，使围岩 承载能力大大提高（图 38 b） 。 3） 挤压 作用 在松软 岩层中,以某 种参数系统布 置预应力锚杆 群，在围岩内 形成一个承载 拱，以提高围 岩 的 承 载 能 力。 上述三种 作用对于地质 图图 38 锚杆的力学作用示意图锚杆的力学作用示意图 条件复杂的岩 a悬吊作用；b组合作用；c挤压作用 体，有的是一 种作用为主导，有的几种作用同时发生，应根据具体条件来分析。 3、混凝土支护、混凝土支护 主要是素混凝土，但在一些关键部位，如斗穿与电耙道相交处、采场底部不留自然 底柱而采用人工假底时， 则要配以钢筋或钢轨等进行整体浇灌支护， 以承载较大的压力。 4、喷射混凝土支护、喷射混凝土支护 是将按比例并已搅拌好的干料（水泥、砂、石、速凝剂等混合物） ，送入喷射机，用 压气沿输料管送到工作面，干料在喷嘴的混合室内与水混合，以高速喷射到所支护的岩 壁上，形成喷射混凝土支护体。喷层的厚度一般为 50～150 毫米。 这种支护方法与被支护的岩壁有很高的粘结力，能充填岩壁较大的裂隙，从而提高 了岩体的稳固性和承载能力。喷射混凝土与岩壁共同作用，构成统一的受力体系，成为 主动的承载结构。 三、充填采空区三、充填采空区 充填采空区以支撑围岩并保持其稳定性，可以有效地控制采场地压。减缓岩层移动 和地表下沉的程度，同时，也能满足开采相邻矿房及回收矿柱的需要。如充填采矿法就 15 是采用边回采边充填的方式来维护采空区围岩的稳定性的。对于留矿采矿法则是在最终 大放矿形成空区后，下充填料将采空区充填起来以维护围岩的稳定性的。 四、崩落围岩支护采空区四、崩落围岩支护采空区 在回采过程中或回采结束后，利用岩石的碎胀性性质，采用自然或强制方式崩落采 空区围岩以充满采空区，达到有效控制地压的目的。如崩落采矿法就是利用崩落采空区 围岩的方法来维护采空区稳定性的。 16 第四章第四章 凿岩爆破凿岩爆破 凿岩爆破，它是采用凿岩设备在岩石（也包括矿石，下同。 ）上钻凿炮孔，然后在炮 孔中装药进行爆破来破碎岩石，并将被破碎的岩石从母体上分离出来的过程。凿岩爆破 的对象是岩石。因此，了解和掌握岩石的物理力学性质对于正确选择凿岩设备与工具和 合理的爆破参数具有重要的意义。 第一节第一节 岩石的物理力学性质岩石的物理力学性质 一、岩石的物理力学性质一、岩石的物理力学性质 在岩石的物理力学性质中，对凿岩爆破影响较大的有硬度、强度、弹性、塑性和 韧性等。 1）硬度 是指岩石抵抗工具侵入的能力。岩石的硬度越大，凿岩爆破工作就越难。 2）强度 是指岩石抵抗压缩、拉伸、剪切作用的能力。凿岩时，岩石受钻具的冲击 和剪切作用而破碎。岩石的强度越大，就越难于凿岩爆破。 3）弹性 是指岩石受外力作用而变形，当外力撤去时又恢复原状的性能。岩石的弹 性越大，其抵抗钻具冲击破坏的力量就越强。 4）塑性 是指岩石受外力作用而变形，当外力撤去时不能再恢复原状的性能。 5）韧性 是指岩石抵抗冲击工具侵入的能力。韧性大的岩石，凿岩爆破困难。 二、岩石的分级二、岩石的分级 一般常用的分级方法是按岩石的硬度系数（也称坚固性系数）f 的大小进行分级的， 我国铀矿山岩石分级的一般情况可参阅表 41。 岩石分级参考表岩石分级参考表 表表 41 坚硬程度 主要岩石名称 硬度系数 f 极 坚 硬 致密黑色石英岩、玄武岩、黑云母岩。 18～21 很 坚 硬 黑色微石英岩、蚀变黑云母花